综合化学实验
讲义
天津工业大学
化学实验中心
2013-9
前言
自2008年开始，我们开展了综合化学实验教学探索，根据卓越、创新人才培养目标，首先在材料专业开始综合化学实验教学，随后推广至应用化学、化学工程、制药工程专业。在基础化学实验教学的基础上,建立了综合化学实验课程,编写了相应的实验讲义。
在实验教学内容的安排上，立足四大基础化学，以有机合成、无机合成为主线，结合仪器分析测量手段和物理化学方法，设计不同方向层次综合化学实验，旨在培养学生解决实际问题的能力及相关科学研究兴趣。目前共编写了17个实验，这些实验均结合了近来来我校学生的开放实验项目，大学生课外科技创新项目及教师的科学研究项目等工作，将最新的研究成果编写成相应的实验内容，每一个实验基本上都包含了两个或两个以上二级学科的内容，使得学生能从实际的化学研究，产品开发等方面培养解决综合性问题和实际问题的能力，更快地掌握科学研究和生产实践的思想方法和基本技能。
目录
实验一顺式—K[Cr(C2O4)2(H2O)2]·2H2O的合成与组成分析 4 实验二天然表面活性剂茶皂素提取及性能研究8实验三溶胶的制备及性质研究10 实验四疏水型大孔树脂吸附亚甲基蓝16 实验五溶胶-凝胶法制备纳米TiO2及其光催化性能研究19 实验六硫醇自组装动力学的测定23 实验七液致相分离法制备聚苯乙烯微孔膜28 实验八稻壳多孔炭的制备及对孔雀石绿的吸附性能研究30实验九丙交酯的制备及聚乳酸的合成34 实验十大环配合物[Ni(14)4，11—二烯—N4]I2合成和特性37 实验十一苯亚甲基苯乙醛酮（查尔酮）的制备40 实验十二沉淀法制备碳酸铝铵41 实验十三2-巯基-4，6-二甲基嘧啶的合成43 实验十四水杨醛缩水杨酰肼席夫碱的合成45 实验十五十二烷基硫酸钠表面活性剂的制备及性能研究47 实验十六非晶态Ni-B合金的制备及表征48 实验十七植物油渣油中提取甾醇及制备生物柴油50
实验一顺式-K[Cr(C2O4)2(H2O)2]·2H2O的合成与组成分析
一、实验目的
1．了解顺式—K[Cr(C2O4)2(H2O)2]·2H2O的制备方法及有关分析方法。
2．加深对配位化合物顺反异构体性质的了解。
3．学习配位化合物的固相合成方法。
二、实验原理
K2Cr2O7和H2C2O4·2H2O发生氧化还原反应，随反应条件及浓度的不同，可以生成不同的配合物，以及K3[Cr(C2O4)3]·3(H2O)2(蓝绿色晶体)
O Cr
O
O O
H2
O OH2 O
O
O
O
Cr
O
O O
O
H2O
H2O
O
O
O
O
在水溶液中，顺、反式配合物共存并达平衡，温度升高有利于生成顺式配合物。顺式配合物易溶于水，而反式配合物的溶解度比顺式配合物小得多。相对顺式配合物的制备，反式配合物要求的温度稍高并需要避免引入大量水分。
在稀氨水中它们都形成相应的碱式盐K[Cr(C2O2)2(OH)H2O] ：
O Cr
O
O O
H2
O OH
O
O
O
O
Cr
O
O O
O
H2O
O
O
O
O
其中顺式配合物溶于水成墨绿色溶液，反式配合物为浅棕色不溶物。
本实验利用顺、反异构体溶解度的不同，由K2Cr2O7和H2C2O4·2H2O在水的催化下直接进行固相反应，再从非水溶剂中析出顺式配合物晶体。
K2Cr2O7 + 7H2C2O4·2H2O → 2 K[Cr(C2O2)2(OH)H2O] + 3H2O + 6CO2
两种异构体中配体对中心离子d电子的影响不同，使d轨道的分裂能不相等。顺式配合物的分裂能(△○= 17700cm-1 )小于反式配合物(△○= 18800cm-1)。
物质导电能力的大小，通常以电阻(R)或电导(G)表示，G=1/R ，电导的单位为西(S)(1S=1Ω-1)。电解质溶液的电阻也符合欧姆定律。电阻率(ρ)的倒数称为电导率，以κ表示，κ= 1/ρ，单位为S ·m-1。电导率是在一定温度下，电极截面积
为1m2的电极相距为1m时溶液的电导。当电极间含有1mol电解质溶液时的电导称为摩尔电导率，用Λm表示，单位为S·m2·mol-1。摩尔电导率与电导率的关系为
Λm= κ/c
式中：为电解质溶液的物质的量浓度(mol·m-3)。若c的单位用mol·L-1表示，则
Λm = 1000κ/c
电导率κ由电导率仪测定。当测得已知浓度的溶液的电导率后，就可求得摩尔电导率Λm。
电解质溶液的摩尔电导率Λm与电解质溶液的稀度(浓度的倒数1/c)及离子的电荷数有关。25℃时，各种类型的离子化合物在稀度为1024时的摩尔电导率(以Λ1024表示，单位为S·m2·mol-1)大致范围如表14所示。
不同类型离子化合物的摩尔电导率
由电导率仪测得稀度(1/c)为1024时的电导率(κ)，再按Λm = 1000κ/c 求出摩尔电导率(Λm)，对照上表，就可确定离子化合物的类型。
三、仪器与试剂
仪器：分析天平；分光光度计；电导率仪(铂黑电极)；烘箱；显微镜；布氏漏斗；吸滤瓶；容量瓶(100, 50mL)；吸量管(10mL)；量筒(25mL)；研钵，蒸发皿，水浴锅，玻璃棒，胶头滴管，水泵，滤纸，样品袋，烧杯(100 mL)。
试剂：K2Cr2O7(化学纯)；H2C2O4·2H2O(化学纯)；无水乙醇(化学纯)；CrCl3·6H2O(化学纯)；NH3·H2O(2mol·L-1)。
四、实验步骤
1．配合物的合成
按比例称取已研细的H2C2O4·2H2O(s)和K2Cr2O7(s) 4g，混合均匀后在干燥的
蒸发皿中堆成锥形。在锥体顶部用玻璃棒压出一个小坑，向坑内加一滴水，盖上表面皿微微加热。立即发生激烈的反应，并有CO 2气体放出，反应物变成深紫色的黏稠液体。反应结束后立即向蒸发皿中加入20 mL 无水乙醇，在水浴上微微加热，并用玻璃棒不断搅拌，使其成为微晶体。若一次不行，可倾出液体，再加入等量的无水乙醇，重复上面的操作，直到全部变成微晶体。过滤，晶体在60℃下烘干，称量。
2．观察晶体颜色，在显微镜下观察晶体形状。
3．用稀氨水溶解少量晶体，观察溶解程度和溶液颜色。
4．[Cr(C 2O 4)2(H 2O)2]- 配离子分裂能的测定。配离子的分裂能可从电子光谱数据获得。以水为参比溶液，测定实验步骤5所配样品溶液1在波长λ530~600nm 区间的吸光度(A)。
4．电导率法测定离子类型
(1) 配制稀度为1/c = 1024 L·mol -1的样品溶液50 mL 。在分析天平上准确称取0.3g 左右的产品(设为m)，用水溶解后，移入100mL 容量瓶，稀释至刻度。摇匀备用(设为溶液1)。其中
1100
.1001000-??=L mol M m c )(2)]()([22242O H O H O C Cr K M ?= 339g·mol -1 按下式计算配制稀度1/c = 1024L·mol -1的溶液50mL(设为溶液2)时，所需溶液1的体积为
V 1为
mL m M c c V 1000
102400.10000.5000.50121????=?= 用量液管从溶液1中移取V 1溶液于50容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，即得稀度1/c = 1024L·mol -1的溶液(溶液2)。
(2) 将溶液2倒入洁净、干燥的小烧杯中，用电导率仪测定溶液的电导率κ。
五、实验结果与讨论
(1)产品质量m g ；产品颜色 ；产品形状 。
(2)产品在稀氨水中溶解程度 ；溶液颜色 。
(3)溶液1在波长λ530~600区间的吸光度(A)见下表：
波长λ/nm 530 540 550 560 565 570 580 590 600
吸光度A
以波长λ为横坐标，吸光度A 为纵坐标作A~λ曲线，找出配合物在该波长范围内的最大吸收峰所对应的波长λmax = nm ；配合物分裂能=?=?-17101cm nax λ cm -1；配合物摩尔吸光系数
==bc
A κ (其中c 为物质的量浓度，b 为比色皿厚度，单位为cm)。 (4)样品溶液的电导率κ= S·m -1。
(5) Λ1024 = 1000κ/c S·m 2·mol -1。
产品的离子化合物类型为 型。
六、注意事项
绘制A~λ曲线时，注意坐标的取值。一般取纵坐标每2cm 相当于吸光度0.1，横坐标每2cm 相当于20nm 。
七、思考题
1．电解质溶液导电的特点是什么？什么叫电导、电导率和摩尔电导率？
2．在制备顺式—K[Cr(C 2O 4)2(H 2O)2]·2H 2O 的配合物时，起什么作用？
3．在制备顺式—K[Cr(C 2O 4)2(H 2O)2]·2H 2O 的配合物时，为什么要尽量避免水溶液生成？
4．向三氯化铬中加入稀氨水会出现什么现象？与本实验中配合物的稀氨水溶液是否相同？为什么？